`다누리가 찍은 선명한 달 영상`..."어떻게 촬영되고, 지구로 보내질까"

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국내 독자기술 개발한 '고해상도카메라(루티)' 탑재

오차, 왜곡 등 검보정 등 영상분석시스템 기술도 한몫

다누리에 실린 고해상도카메라 '루티'가 지구와 달을 촬영한 영상. 항우연 제공 

오는 5일 정월대보름을 앞두고 달에 대한 관심이 뜨겁다. 세계 각국은 인류가 달에 착륙한 지 반 세기 만에 달 탐사에 경쟁적으로 나서고 있다. 

우리나라 역시 지난해 12월 첫 달 궤도선 '다누리'가 달 임무 궤도에 안착해 지난달부터 본격적인 과학임무를 수행하고 있다. 

새해 벽두에는 다누리가 촬영한 지구뿐 아니라 달 표면의 분화구가 선명하게 보이는 영상이 공개되면서 시선을 사로 잡았다.

그렇다면, 달 고도 100㎞에서 궤도를 돌고 있는 다누리가 촬영한 영상은 어떻게 지구로 보내져 우리들이 볼 수 있을까.

지난달 3일 우리나라 달 궤도선 '다누리'가 달 궤도에서 촬영한 지구와 달 영상이 공개된 가운데, 촬영 절차와 영상 전송·처리 방식에 궁금증이 커지고 있다. 

달 상공에서 다누리가 촬영한 영상을 선명하게 볼 수 있는 것은 세계적 수준의 위성카메라 개발 기술과 영상처리 기술 등을 우리나라가 확보했기에 가능했다.

지구와 달의 영상을 촬영하는 '고해상도카메라( LUTI· 루티)'와 루티가 지상으로 보내온 영상을 처리하는 '영상보정분석시스템( ICAS )'은 국내 자체 기술력으로 개발됐다. 

비록 컬러 대신 흑백 영상이지만, 공개된 사진을 보면 지구의 윤곽과 구름, 바다 등이 선명하게 드러나 있고, 달 지표의 커다란 분화구(크레이터)도 확인할 수 있을 정도다.

다누리에 실려 발사된 루티는 한국항공우주연구원이 독자 기술로 개발한 고해상도 카메라로, 달 고도 100㎞에서 달 표면을 촬영한다. 

루티가 촬영한 영상들은 향후 2032년 달 착륙선의 착륙 후보지 선정에 활용된다. 

루티는 인공위성 카메라와 달리 밤낮의 온도차가 260℃에 이르는 달과 우주환경에서 17.5∼18.5℃를 유지하도록 냉각판과 열선 등의 장치를 갖췄다.

루티는 먼저 영상을 찍기 전에 항우연 지상국으로부터 명령을 받아 임무를 수행한다. 

지상국은 촬영 대상 지점의 촬영 가능 시간(궤도)와 최적의 위성자세 제어 등을 계산해 다누리에 보내고, 태양 빛의 입사도, 위성과 태양이 이루는 각도 등을 조정하기 위한 '비디오 파라미터'를 루티에 전송한다.

다누리가 달 상공 344km에서 촬영한 지구 모습과 달 지표. 항우연 제공 

이를 전송받은 다누리는 촬영시간이 되면 자세를 바꿔 촬영 목표 지점으로 향하고, 루티는 전원을 켜 촬영 대상 지점을 촬영한다. 

이후 촬영된 영상 데이터는 루티의 '탑재자료처리장치( PDHU )'에 저장되고, 임무가 종료되면 X- 밴드 안테나를 통해 지상으로 내려 보내진다.

이 때부터는 지상관제실에 구축된 영상보정분석시스템( ICAS )의 몫이다. 

ICAS 는 루티의 영상처리를 위해 개발된 것으로, 미국 NASA 의 NAIF (항법 및 보조정보시설)에 기반해 자료관리모듈( DMM ), 저단계 자료처리 모듈( LDM ), 고단계 자료처리 모듈( HDM ) 등 3개 모듈로 구성돼 있다.

지상에서 전송받은 영상 데이터는 텔레메트리라 불리는데, 이 자체로는 루티가 촬영한 영상을 파악하기 어렵다. 

촬영 과정에서 빛의 세기 변화와 달·카메라의 움직임에 따른 오차와 영상 왜곡 현상 등이 영상에 고스란히 남아 있어 원하는 영상을 얻기 위해 검·보정 단계를 거쳐야 한다. 

루티가 보내온 영상 데이터는 ICAS 를 통해 센서의 위성 움직임으로 생긴 왜곡을 바로잡는 기하보정과 외부 잡음을 제거하는 복사보정 등의 과정을 거쳐 비로서 일반에 공개된다.

임조령 항우연 달탐사업단 책임연구원은 "루티가 촬영한 영상을 우리가 실제 눈으로 볼 수 있도록 하는 과정까지 항우연의 많은 연구자들의 노력이 있었기에 가능했다"며 "미 NASA 와 애리조나 주립대 등의 기술협력을 통해 다누리는 우리나라 최초 우주탐사 위성이면서 지금까지 국내 위성에 적용하지 않았던 NASA 의 표준화 툴 적용해 개발했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

우리나라 첫 달 궤도선 '다누리'에 실린 항우연이 개발한 '고해상도 카메라(루티)' 모습. 항우연 제공